Diseño e implementación de un sistema de navegación autónoma para robots móviles en el exterior

Abstract

En el presente documento se desarrolla un sistema de navegación completamente autónomo para ser empleado en robots móviles en entornos exteriores. El sistema se ha implementado en un robot móvil Husky A200 de Clearpath Robotics, el cual presenta cuatro ruedas en configuración diferencial y está equipado con todo tipo de sensores para el reconocimiento del entorno. En primer lugar se desarrollan dos sistemas de control que proporcionan las salidas de velocidad adecuadas para el robot. Se implementa un controlador PD y un controlador basado en la teoría de Lyapunov. Ambos controladores son comparados en Simulink, lo cual ha permitido seleccionar el controlador basado en Lyapunov debido a su mejor comportamiento y rendimiento. El siguiente paso comprendió la integración del control en el entorno de ROS que es el sistema operativo que se emplea en el robot y es ampliamente utilizado en la robótica. En este contexto, se programó un Nodo en Python para generar las velocidades del robot a partir de las lecturas del GPS-RTK. Además, se ha desarrollado una planificación global con el algoritmo Dijkstra a partir de un punto destino señalado en el entorno Rviz. Tras validar el sistema de control en el entorno simulado de Gazebo, se procedió a la integración en el robot real, realizando pruebas en un entorno exterior. En la ´ultima parte del proyecto, se presenta un diseño para un sistema de evasión de obstáculos que permita al robot navegar de forma autónoma en entornos desconocidos. En este apartado se hace uso de redes neuronales para evaluar la transitabilidad del terreno y se implementa una planificación local con el algoritmo RRT.